Controllo Elettromeccanico - Consigli per automazione

[blueste]

Ciao a tutti. Posto pari pari cio' che it.discussioni.ingegneria non ha trovato nessuna risposta, nella speranza che qualcuno mi possa dare una piccola mano.

Ho un sistema meccanico, composto da un rullo che avvolge una fune non metallica che proviene da un altra macchina.

Ho necessita' di avere un controllo anche molto grossolano della tensione (forza) sulla fune (perche' affinche la prima macchina funzioni la fune deve essere sempre in tensione). Ho pensato ad

un sistema di questo tipo:

Il rullo che avvolge la fune proveniente dalla macchina erogatrice e' azionato da un motore elettrico con inverter. La fune si impegna in una piccola puleggia collegata ad un sistema a molla che puo' traslare, muovendo un potenziometro di tipo a traslazione collegato all'inverter: quando la fune e' alla tensione che voglio, la puleggia (e quindi il cursore collegato) sta in una certa posizione. Qaundo la fune e' scarica, per via della molla, il cursore torna in una posizione, per cosi' dire iniziale (in pratica man oa mano che la fune si tende, il cursore viene estratto sempre di piu'). Per carichi intermedi sulla fune il cursore si trovera' in una posizione intermedia.

Il sistema di controllo dovrebbe essere cosi' realizzato. Infatti se la tensione della fune diminuisce, il cursore tende a tornare nella posizione iniziale e quindi ad agire nel senso di aumentare il numero di giri (o la coppia) del motore. Se la tensione della fune aumenta invece, il cursore si muove nel senso di diminuire la coppia o il numero di giri.

Domanda:

Avete qualche suggerimento/consiglio/critica?

Avete un modellino semplice poli/zeri della dinamica di un sistema

motore+inverter con controllo di giri o di coppia? (lo butto in simulink e

mi chiarisco un po' le idee)

Qualsiasi intervento sara' gradito

Grazie

Stefano

[adross]

E' una situazione di due macchine una seguente all'altra, la seconda, (avvolgitore) deve avvolgere la fune con tiro costante ma calcolando il diametro crescente di avvolgimento e quindi considerando anche la velocità periferica della bobina in avvolgimento.

Non è chiaro che tipo di risposta cerchi o che tipo di soluzione vorresti.

Se hai già descritto tutto così bene dovresti anche aver fatto la fatica di realizzare il modello che descrivi.

Mi sembrerebbe più pratico inserire una cella di carico come misura del tiro anzichè una antiquata molla.

Visto che suppongo si tratti di un modello teorico, cerchi forse qualcuno che ti sviluppi il tutto e magari prenda anche il voto?

[blueste]

Mi sono laureato in ingegneria qualche anno fa....

Ho progettato un dispositivo di sollevamento da trenta tonnellate che sfrutta il pricinipio del cabestano. Una piccola forza sulla fune in uscita ed una grande coppia appplicata al rullo e' sufficiente per tirare le trenta tonnellate in ingresso. Il progetto e' concluso e le fatture mi sono state pagate. Adesso mi hanno chiesto di prevedere un sistema di raccolta con rullo raccoglitore.

Il rullo di tiro fornisce al rullo di raccolta la drizza sempre alla stessa velocita'. La drizza si avvolge sul rullo di raccolta in piu' strati (c'e' un cursore con vite senza fine a filettatura contrapposta che lo manda avanti ed indietro) e quindi il rullo avrebbe bisogno di variare la propria velocita' per adeguarsi alla velocita' costante in ingresso della drizza.

In ogni caso per svincolarmi da questo fatto ho pensato di fregarmene del numero di giri del rullo raccoglitore, ma di farlo muovere inseguendo una certa forza sulla fune, indipendentemente da come gli arriva la drizza.

Affinche' il sistema funzioni occorre che tensione della drizza in uscita sia maggiore di zero, per cui non ho bisogno di controllare il valore della tensione della drizza e mi basta una banale molla che mi faccia da cella di carico.

Spero che adesso sia piu' chiaro.

Ringrazio a chi mi vorra' dare qualche consiglio/critica.

Stefano

Modificato: 17 maggio 2006 da blueste

[Livio Orsini]

Da quello che scrivi vuoi realizzare un avvolgitore regolato in velocità tramite ballerino. Il ballerino è il tuo dispositivo carrucola-molla-potenziometro. Questo tipo di regolazione è un classico. I possibili problemi sono legati al tipo di azionamento. Io ti consiglio un inverter vettoriale con motore servoventilato. Letteratura sugli avvolgitori ne trovi parecchia in rete. Puoi anche dare una lettura al mio tutorial sulle regolazioni; nel sesto capitolo sono richiamati gli avvolgitori.

[blueste]

Grazie mille Livio delle info.

Daro' un'occhiata al tuo tutrial (se lo trovo....).

Ciao

[Livio Orsini]

Questo è il link Se hai problemi relativi al controllo posta pure, vedrò quello che posso fare per aiutarti.

[walter.r]

Difficile aggiungere qualcosa a quello che ti ha già detto Livio.

Ho lavorato per anni con avvolgitori, nel suo tutorial c'è anche di più di quello che serve in pratica.

A livello empirico, posso dirti che se la velocità di avvolgimento non è troppo alta ( quanti mt/min ?? ) e la differenza fra il diametro minimo e massimo del rullo avvolgitore non è eccessiva puoi tentare di usare un motore regolato solo in coppia, senza preoccuparti del servodiametro.

Attenzione solo alle accelerazioni e decelerazioni, i motori regolati solo in coppia non sono brillantissimi in questo senso.....

Se invece le velocità sono alte o c'è grande differenza fra i diametri, per mia esperienza è utile regolare il motore in velocità con limitazione di coppia, e comunque calcolo abbastanza preciso del servodiametro.

Ciao.

[blueste]

Grazie ragazzi della vostra disponibilita' ad aiutarmi.

La velocità di avvolgimento massima e' di circa 30 m/min. Il sistema funziona anche sporadicamente ad una velocità di 3 m/min.

La drizza ha diametro 36 mm con diametro iniziale del rullo circa 438mm (asse drizza) e finale di circa 626 mm (sempre asse drizza), in sostanza si avvolgono 4 strati. Quello che mi preme, non e' avere una certa forza precisa sulla drizza, ma questa puo' variare (anche tra 40 kgf e 80 kgf)

Vorrei evitare di mettere un encodere per contare i giri.

Tra il potenziometro e l'inverter vorrei mettere un plc nel caso in fase di taratura serva un segnale condizionato da mandare all'inverter (magari per aumentarne il guadagno od il tio di regolazione).

Dite che la cosa e' fattibile?

C'e' la fa il sitema a trovare un punto di equilibrio, considerando le condizioni di ingresso stazionarie?

Grazie

[Livio Orsini]

Per questa regolazione ti basta il potenziometro che funge da rilevatore della posizione della carrucola "ballerino" e una scheda tipo "PID" se il tuo inverter non ha una funzione "PID" ausiliaria.

Il rapporto diametri è <1.5 quindi ti basta mettere brutalmente in somma l'uscita PID al riferimento.

Se vuoi ti posto uno schema a blocchi della regolazione.

[blueste]

Grazie Livio dei tuoi consigli sempre preziosi. Allora mi dici che il PLC non serve se l'inverter ha la funzione PID integrata?

Per lo schema ti ringrazio se lo posti mi fai un favore.

Ps: poi mi dici quanto ti devo....

Stefano

Modificato: 18 maggio 2006 da blueste

[Livio Orsini]

Questo è il link allo schema a blocchi.

Ovviamente è uno schema di principio. Se non è chiaro chiedi pure. La scheda P.I. è necessaria se l'inverter non dispone di un PI ausiliario. L'ampli schematizzato ha lo scopo di sommare il riferimento con la correzione. La correzzione dovrebbe avere un peso inferiore al riferimento; ho indicato il 10%, però per questa applicazione è poco, la percentuale corretta dovrebbe essere+/-25%. Ricordarsi di tarare il riferimento di velocità in modo tale che quando la fune scorre alla massima velocità (rif traino = 10V) il motore avvolgitore, senza correzione, ruoti alla massima velocità corrispondente al diametro medio (527 mm). In altri termini con 10v di riferimento il motore ruota alla massima velocità prevista per diametro 428, con diametro 527 il riferimento è pari a 8.12v, mentre a 628 il riferimento sarà pari a 6.78v. Quindi impostando 10v ==> 8.12v con una correzzione di +/-2.5 (3v) il riferimento può variare da 5.62v a 10.62. Se il riferimento dell'inverter non accetta più di 10v ci sarà saturazione con diametro minimo. In questo caso si deve scegliere se tarare 10v per avere un poco di sovravelocità (5% p.e.) e ritarare tutto di conseguenza.

Modificato: 20 maggio 2006 da Livio Orsini

[blueste]

Ciao Livio. grazie mille dello schema.

Ho alcune domande da farti:

Supponiamo che io voglia svincolarmi completamente dalla velocità del rullo che fornisce la drizza.

Se il mio riferimento è per esempio +8V (costante, che equivale alla forza sulla fune che io voglio inseguire, con la tensione in uscita dalla resistenza variabile tra 0 e 10 V per esempio) allora basta che agli 8 volts del riferimento sottragga la tensione che arriva dal ballerino e che il risultato, oppurtanamente regolato (P, PI o PID i parametri di inseguimento li setto in fase di taratura) lo mandi all'inverter.

Il regolatore agira' sull'errore e tendera' (credo) ad inseguire quegli 8 Volts.

Cosa dici? e' possibile fregarsene della velocità del primo rullo (se il motoriduttore che scelgo per l'avvogitore puo' contenere tutte le velocità raggiunte dal primo?)

Grazie per gli eventuali lumi.

Stefano

Modificato: 21 maggio 2006 da blueste

[Livio Orsini]

E' molto meglio ancorarsi alla velocità del materiale, tramite il riferimento del traino.

Io ti consiglio di alimentare il ballerino con +/- 10v e far coincidere la posizione di equilibrio con 0v. Se non ti è possibile alimentalo con una tensione unipolare, poi però devi mettere una tensione di riferimento al PID corrispondente alla posizione del ballerino a metà corsa.

Se non dai un feed forward proporzionale alla velocità lineare l'integrale dovrà correggere, oltre all'escursione del diametro, anche l'escursione della velocità lineare da 0 al massimo. In pratica dovrà caricarsi di tutto l'integrale.

Immagina di dare un riferimento fisso all'avvolgitore, pari a 5v. Con drizza ferma l'integrale sarà carico a -5v, per annullare i +5v di riferimento. COn drizza che viaggia alla massima velocità e diametro minimo l'integrale si caricherà a +5v per raggiungere i fatidici 10v corrispondenti a omega max. Il tempo di integrazione, su sitemi come quello in oggetto, ha sempre valori non piccoli quindi se fermi con l'integrale carico la drizza andrà in bando; quando acceleri da zero il ballerino andrà a sbattere a fondo corsa perchè l'avvolgitore segue con velocità troppo lenta.

Se cerchi di ridurre il tempo di integrazione ad un valore tale che l'integrale possa seguire le rampe il sistema sarà fatalmente instabile.

Ultimo consiglio: dimentica il derivativo. Con un sistema di questo tipo ti darà guai in taratura senza apprezzabili vantaggi di funzionamento. Anche perchè, senza offese, non sembri avere molta dimestichezza con questi controlli, devi ancora farti le ossa

[blueste]

....Non ti preoccupare, non c'e' nessuna offesa.

A parte al tempo dell'esame di controlli automatici quando ero all'universita' (che in verita' ando' molto bene), poi non ho mai avuto la possibilita' di applicare la teoria a casi reali.

Quindi ho bisogno di feedforward sulla velocità del rullo trattore affinche' il rullo avvolgitore sia già portato vicino alla sua velocità di regime prima della regolazione e succesivamente regolato dal PI (nell'intorno della sua posizione finale).

OK

ho ancora una domanda:

E' per questioni velocita' e/o stabilità di risposta che la correzione dovrebbe avere un peso del 25% del riferimento? (è come inserire nel ramo di feedback un giadagno di 0.25).

Grazie ancora

Stefano

[Livio Orsini]

E' per questioni velocita' e/o stabilità di risposta che la correzione dovrebbe avere un peso del 25% del riferimento? (è come inserire nel ramo di feedback un giadagno di 0.25).

Ridotta in termini banali la risposta è si. Praticamente se, tramite un modello, si riuscisse ad ottenere un feed forward perfetto le prestazioni in termini di velocità e stabilità sarebbero quelle ideali. Nei casi più complessi, per esempio dove il rapporto diametri è >4, si tende a generare un feed forward proporzionale al diametro, inoltre anche il guadagno totale della correzzione si ricalibra in funzione del diametro e della velocità del materiale. Chissà, magari nei prossimi mesi terminerò quel compendio sui sistemi di avvolgitura, a cui sto mettendo mano da un quindicina d'anni (ora è al 60%).

Per riportare il feed forward ad un valore pratico, procedi in questo modo.

Misura il riferimento del traino, necessario per ottenere la massima velocità della fune. Poi tara la velocità dell'avvolgitore in modo che, con 9v di riferimento, raggiunga la velocità angolare che corrisponda alla masima velocità della fune con diametro minimo (solo rocchetto). Moltiplica i 9v per il rapporto tra il diametro minimo ed il diametro medio. Questo è il valore di feedforward corretto. per ottenerlo è sufficiente un partitore resistivo. In ingresso al partitore metti il segnale di riferimento di velocità del traino, possibilmente disaccoppiato da un operazionale. Realizzi un classico partitore con due resistori ed un potenziomitro, per aggiustare fienemente, e lo mandi all'ampli sommatore. Aggiusta il guadagno in modo che 10v in uscita dal PID, sommati al feed forward, diano 10v di riferimento all'azionamento aspo. Quel volt in più (9 --> 10) è un 10% di sovravelocità che può servire per correzzioni.

Modificato: 22 maggio 2006 da Livio Orsini

[blueste]

Ok Livio.

Ti ringrazio di tutto. Quando avranno finito la costruzione ti faccio sapere come è andata.

Nel frattempo se posso ricambiare in qualche modo fammi sapere.

Stefano

[Livio Orsini]

Il modo migliore è quello di riportare i risultati e le tue esperienze. Questo contribuirà ad aumentare il patrimonio di conoscenze condivise.

[IMM-Domenico]

Il modo migliore è quello di riportare i risultati e le tue esperienze. Questo contribuirà ad aumentare il patrimonio di conoscenze condivise.

Condivido al 100%. Sono sicuro che ci sono molte persone che, pur non intervenendo in alcune discussioni, le seguono con attenzione. E' un modo per crescere condividendo le nostre esperienze.

Modificato: 30 maggio 2006 da IMM-Domenico